Třífázový asynchronní motor

Návrh třífázového asynchronního motoru a jeho hlavní parametry

Třífázový motor je elektromotor, který je napájen třífázovou elektrickou sítí.

Asynchronní motor je střídavý elektromotor, u kterého se rychlost rotoru nerovná rychlosti otáčení magnetického pole vytvářeného statorem.

Hlavní části třífázového motoru, včetně asynchronního, jsou:

Třífázový asynchronní motor má tři vinutí umístěná na pólech železného jádra, které má prstencový tvar, vzájemně vůči sobě pod úhlem 120 stupňů. Uvnitř tohoto jádra je kovový válec, který je rotorem. Konstrukční prvky rotoru jsou znázorněny na obrázku níže.

Obrázek 1. Rotor. Author24 — online výměna studentských prací

1 — jádro; 2 — vinutí; 3 — hřídel; 4 – kontaktní kroužky; a – rotor s klecí nakrátko; b — rotor ve fázovém provedení.

Rotor se otáčí uvnitř statoru. Jeho hřídel je spojena s díly motoru agregátorem. Existují dva typy rotorů: fázový a klecový. Fázový rotor je motor, který lze upravit přidáním dalších odporů do jeho obvodu. Takové motory se používají při startování se zátěží na hřídeli. Zvýšení počtu odporů poskytuje možnost zvýšení rozběhového momentu. Zkratovaný rotor je zalit do povrchu jádra a na obou koncích uzavřen pomocí dvou měděných kroužků. Samotný rotor se skládá z hliníkových tyčí a dvou konců se dvěma kroužky, které jsou zkratovány.

“Třífázový asynchronní motor”
Pomoc od odborníka na téma práce
Řešení problému s AI za 2 minuty
Najděte řešení svého problému mezi 1 000 000 odpověďmi

Stator je stacionární část, která generuje rotující magnetické pole. Konstrukční schéma statoru je znázorněno na obrázku níže.

Obrázek 2. Stator. Author24 — online výměna studentských prací

1 — rám; 2 — jádro; 3 – vinutí.

Skříň statoru je vyrobena z litiny, někdy z hliníku. Obsahuje jádro z elektroocelových plechů, jejichž tloušťka nepřesahuje 0,5 milimetru. Desky jsou upevněny švy nebo sponkami a jsou připevněny k rámu pomocí zajišťovacích šroubů. Statorová vinutí jsou vůči sobě posunuta o 120 stupňů a jsou vložena do štěrbin na vnitřní straně jádra. Jsou vyrobeny z izolovaného měděného nebo hliníkového drátu čtvercového nebo kruhového průřezu.

Třífázový asynchronní motor se vyznačuje konstrukcí a elektrickými charakteristikami, které určují rozsah jeho použití. Mezi hlavní patří:

1. Výkon motoru.
2. Napájecí napětí motoru.
3. Typický provozní režim.
4. Stupeň ochrany.
5. Třída tepelné odolnosti izolace.

Princip činnosti třífázového asynchronního motoru

Souhrn momentů vytvořených jednotlivými vodiči tvoří výsledný moment motoru, v důsledku čehož vzniká elektromagnetický pár sil, který má tendenci otáčet rotor ve směru pohybu elektromagnetického pole rotoru. Rotor, který získal určitou rychlost, a magnetické pole se začnou otáčet synchronně, to znamená různými rychlostmi. U asynchronních motorů je rychlost rotoru vždy nižší než rychlost magnetického pole statoru.

Točivý moment motoru vzniká interakcí sil mezi proudy indukovanými v rotoru a magnetickým polem. Síla proudů v rotoru je určena relativní frekvencí rotace pole vzhledem k rotoru otáčejícímu se ve stejném směru.

Pokud by se rotor otáčel stejnou frekvencí jako pole, nedošlo by k žádnému pohybu. Bylo by v klidu vzhledem k magnetickému poli a nemohla by v něm vzniknout elektromotorická síla, která by ho uvedla do pohybu.

S rostoucím zatížením motoru se musí zvyšovat proud nejen v rotoru, ale i ve statoru, proto je při provozu třífázových asynchronních motorů nutné dodržovat určitá pravidla. Použitý motor musí mít výkon nezbytný k pohonu stroje. Pokud zatížení nedosáhne 40% normálního zatížení a statorová vinutí jsou zapojena do trojúhelníku, pak má smysl je přepnout do hvězdy. Chcete-li změnit směr otáčení motoru, musíte prohodit dva vodiče vedení, které jsou připojeny k motoru, což se provádí pomocí dvoupólového spínače. Děje se tak automaticky, protože elektrický proud v rotoru vytváří v okolním prostoru vlastní magnetické pole, které působí na vinutí statoru a vyvolává v nich elektromotorickou sílu. Reakce kotvy (vztah mezi magnetickými toky statoru a rotoru) způsobuje změnu proudu ve statoru, čímž je zajištěna koordinace elektrického výkonu odebraného ze sítě a mechanického výkonu dodávaného motorem.

Třífázové motory na střídavý proud jsou elektromagnetické měniče elektrické energie na energii mechanickou a naopak v souladu se zákony elektromagnetické indukce. V souladu s tím mohou pracovat v režimu motoru i generátoru. Třífázové motory jsou široce používány v průmyslu, zemědělství a každodenním životě. Jejich výkon se pohybuje od několika W až po stovky kW.

Zařízení třífázového elektromotoru

Hlavní součásti zařízení jsou:

• tělo (rám),
• stator (induktor),
• rotor,
• fanoušek.

Jádro statoru je vyrobeno z jednotlivých plechů elektrooceli o tloušťce 0,3–0,5 mm a má na vnitřní straně drážky. Tato konstrukce snižuje energetické ztráty způsobené vířivými proudy. Třífázová vinutí jsou měděná a umístěna v drážkách jádra a jejich konce jsou vyvedeny do svorkovnice. Vinutí jsou od sebe izolována a indukují rotující magnetické pole. Konce tří fázových vinutí jsou spojeny dohromady do hvězdy nebo trojúhelníku, pokud je konec každého vinutí připojen k začátku dalšího.

Rotor je rotační částí elektromotoru. Je umístěn ve střední části a má tvar dlouhé hřídele, ke které je připevněn kovový válec nepravidelného tvaru, obklopený tenkými plechy, které fungují jako komutátor. Stejně jako stator se jádro rotoru skládá z tenkých feromagnetických plechů. U prstencových jednotek jsou konce vinutí vyvedeny do sběracích kroužků na hřídeli. Toto řešení umožňuje řídit proud v rotoru změnou odporu obvodu. Na konce vinutí lze přiložit příslušné odpory. K tomu se používají speciální startéry. Zahrnutí dodatečného odporu do vinutí rotoru vede ke snížení otáček motoru při zachování vysokého točivého momentu. To zajišťuje hladký start silně zatížených zařízení.

Klecové rotory používají kovové tyče místo vinutí. Taková zařízení se skládají z válcového jádra s paralelními štěrbinami, ve kterých jsou umístěny vodiče – těžké měděné nebo hliníkové tyče umístěné ve vlastních zásuvkách a uzavřené koncovými kroužky. Tyče neběží rovnoběžně s osou hřídele, ale s mírným sklonem pro snížení magnetického šumu a zablokování motoru.

Třífázové střídavé motory lze rozdělit na asynchronní a synchronní. U obou typů zařízení je princip činnosti statoru stejný, ale konstrukce rotoru a jeho pohyb vůči magnetickému poli jsou odlišné. U synchronního motoru jsou rychlosti otáčení rotoru a magnetické pole stejné, ale u asynchronního motoru jsou odlišné. Tento rozdíl je klíčovou podmínkou pro indukci proudů. Asynchronní motory jsou nejrozšířenější, protože jsou spolehlivé, ekonomické, mají vysoký výkon a nevyžadují prakticky žádnou údržbu.

Princip činnosti

U asynchronního třífázového motoru se při připojení napětí z třífázové sítě na vinutí statoru vytváří točivé magnetické pole. Protože je vinutí rotoru uzavřeno buď vnějším odporem nebo přímo koncovým kroužkem, křižuje rotující magnetické pole statoru. V důsledku toho se v tyči rotoru nebo vinutí indukuje elektromotorická síla, díky které proud prochází vodičem.

Rotující pole ve statoru indukuje proud v tyčích rotoru. Elektromotorická síla spouští točivý moment rotoru. Rychlost jeho otáčení u asynchronního třífázového motoru je vždy menší než rychlost točivého pole. Tento rozdíl se nazývá skluz.

Poloha magnetického pole v jádru statoru je pevná, ale mění se směr jeho otáčení. Rychlost změny směru otáčení je dána frekvencí napájecího napětí. Při frekvenci 50 Hz se směr otáčení mění 50krát za sekundu. Tyto tři fáze generují tři magnetická pole ve statoru, která jsou vzájemně posunuta o 120°.

Prstencový motor pracuje podle Faradayova zákona elektromagnetické indukce. Když je vinutí statoru buzeno třífázovým střídavým proudem, vytváří střídavé magnetické pole. Vinutí rotoru se indukuje a začne jím protékat proud. Indukované elektromagnetické pole pak vytváří točivý moment, který pohání rotor motoru a zvyšuje jeho rychlost otáčení.

K samotnému rozběhu motoru s prstencovým rotorem dochází použitím přídavného odporu odporového spouštěče. Toto řešení umožňuje snížit rotorový proud a následně i proud odebíraný ze sítě. Po dokončení startu dojde v důsledku činnosti odpovídajícího spínače ke zkratu ve vinutí rotoru.

Díky možnosti měnit odpor v okruhu vinutí rotoru můžete plynule měnit i otáčky motoru. Zvýšení odporu má za následek nižší maximální točivý moment v důsledku větších energetických ztrát ve spouštěči a výrazného snížení výkonu při jmenovitých otáčkách.

Při použití krokových spouštěčů se dosáhne náhlé změny odporu. Výsledkem je, že motor pracuje s maximálním točivým momentem téměř v celém rozsahu otáček. Pro dosažení zvýšení otáček motoru se sníží odpor, čímž se dosáhne jmenovitých otáček. Tento princip činnosti prstencového motoru zajišťuje snížení rozběhového proudu a současné zvýšení točivého momentu.

Vícerychlostní motory mají přídavná vinutí, která umožňují změnu počtu párů pólů změnou zapojení vinutí. To se děje prostřednictvím stykačů nebo spínačů. Změna převodového stupně takového motoru je spojena se změnou jeho výkonu.

Když jsou statorová vinutí připojena k třífázovému napájení, magnetická pole z jednotlivých vinutí vytvářejí rotující, symetrické magnetické pole. Jeho amplituda je konstantní a 1,5krát větší než amplituda pole jednoho vinutí.

Výhody třífázových asynchronních elektromotorů

Třífázové motory dominují těžkému průmyslu, kde mají zásadní význam spolehlivost, vysoký výkon a účinnost. Takové elektromotory se vyznačují složitější konstrukcí. Třífázové napájení střídavým proudem poskytuje vyšší výkon a energetickou účinnost.

Indukční motory se sběracím kroužkem mají své výhody a nevýhody. Vyznačují se stabilním provozem, nízkými provozními náklady a dlouhou životností. Dalšími výhodami jsou nižší rozběhový proud, možnost nastavení rozběhového momentu v rozsahu do maximálních otáček a možnost prokluzu rotoru. Prstencové motory se také vyznačují vysokou odolností proti poruchám a univerzálním použitím. Ve srovnání s motory s kotvou nakrátko však mají nižší účinnost a nízký účiník.

Stále existuje významná skupina aplikací, ve kterých jsou kroužkové motory široce používány. Je to dáno vlastnostmi těchto pohonných jednotek, tedy schopností regulovat otáčky a točivý moment. Motory s prstencovými rotory jsou pomalu vytlačovány z trhu, ale nyní jsou široce používány v aplikacích, kde je vyžadován vysoký rozběhový moment s nízkým rozběhovým proudem. Jedná se o různá průmyslová zařízení, zejména:

• těžké stroje,
• kohoutky,
• výtahy,
• vysokovýkonná čerpadla.

Třífázové motory s kotvou nakrátko se vyznačují nižšími energetickými ztrátami, zlepšenými dynamickými vlastnostmi, ale i snadným ovládáním, změnou směru otáčení nebo rychlejším rozběhem. Možnosti zahrnují široký výběr jednotek s různým výkonem a provozními parametry od průmyslových motorů pro všeobecné použití až po speciální motory, jako jsou lodní motory, motory odolné proti výbuchu a brzdové motory.

Nejmodernější elektrické průmyslové motory jsou vybaveny moduly zpětného chodu energie a inteligentním řízením. Provoz motorů lze ovládat na dálku. Zařízení sama předpovídají možnost poruchy a hlásí to obsluze.

Naše společnost je spolehlivým dodavatelem zařízení. Poskytujeme široký sortiment asynchronních třífázových motorů s dodávkou do všech regionů republiky. Můžete zadat objednávku za výhodných podmínek a získat to nejlepší importované a domácí vybavení za dostupnou cenu.